为地球生命称重

徐宁

地球上所有的树共计多重？怎么才能知道地球上每种生物各自的总质量？如果我们想要清点每个物种的重量，这几乎是不可能完成的工作。然而，以色列科学家荣恩·米罗却完成了这个看似不可能的任务。

2017年，米罗向美国国家科学院递交了一份研究报告：他领导的团队在综合分析了数百份前人的研究成果后，以生物体内的碳含量为标准，详细统计出了地球上各种生物的大致生物量。碳是地球上所有生命的标志性元素，组成了包括蛋白质和DNA等生命原料，因此统计碳含量能准确体现生物量。

生物比重量，人类仅占0.01%

生物量的规模是巨大的，一般都在吉吨级（1吉吨=10亿吨）。如果把全球的动植物、细菌、真菌等所有生物体内的碳元素全部相加，总生物量为550吉吨碳。别看地球上生活着76亿人，但人的生物量仅为0.06吉吨碳，只占总生物量的0.01%，和全世界所有的白蚁一样重。如果这世界上有一个巨大无比的天平，一侧托盘上能容纳全世界76亿人，那么在天平的另一侧托盘上全世界所有细菌落下的瞬间，我们人类会立刻被猛然翘起的托盘弹飞。因为地球上所有细菌的生物量是人类的1166倍，两者的生物量差了三个数量级。

包括哺乳动物、鸟类、鱼类、节肢动物、软体动物等在内的所有动物的总生物量为2吉吨碳，其中昆虫、蜘蛛等节肢动物1吉吨碳，鱼类0.7吉吨碳。动物界在总生物量中的比例可以说是微不足道的，因为微生物的生物量大大超过动物：原生生物4吉吨碳、古菌7吉吨碳、真菌12吉吨碳。微生物中生物量最大的域是细菌，共计70吉吨碳，占所有总生物量的13%，在所有生物中排名第二。地球上生物量最高，当之无愧的生物界霸主是植物，生物量达450吉吨碳。

陆地植物生物量和海洋的有机物生产量

尽管海洋占了地球表面积的71%，但世界上绝大多数生命生活在陆地。海洋生物总碳量仅为6吉吨碳，和陆地生物总碳量470吉吨碳一比，差了两个数量级。两者生物量之所以如此悬殊，陆地的植物无疑是最大的功臣。

尽管如此，科学家却惊讶地发现：海洋和陆地的有机物生产量几乎是相等的。相比陆地植物450吉吨的生物量，海洋中生产者的生物量仅为1吉吨碳，而海洋中的鱼类等消费者却有5吉吨碳。这种奇怪的能量倒金字塔是否颠覆了能量在不同级间传递的规律？其实，之所以出现这种底小项大的生物量结构，是因为位于海洋食物金字塔底部的浮游生物生命极短，很容易被更高级的动物吞食，而鱼类等海洋中的消费者寿命一般较长。所以短期统计会造成底小顶大的假象，但长期看来，单位时间海洋中的浮游生物生产量还是大于消费者生物量的，所以，海洋生物金字塔依然是底部能量大于顶部的。

人类对全球生物总量的影响

人类文明历史虽然不长，却对全球生物总量产生深远影响。在“第四纪灭绝事件”（5万年前～3000年前）中，半数体重超过40千克的陆地哺乳动物灭绝，其中最重要的影响之一便是人类活动（其他包括疾病、气候变化等）。

人类对全球生物量带来的第二个重要影响是驯化野生动植物。人类祖先驯化了某些特定品种的动物成为家畜（牛、猪为主）、家禽（鸡为主），也选育出了一些粮食作物。今天，人类饲养的家畜的生物量约为0.1吉吨碳，是野生哺乳动物生物量的15倍。人类和家畜的生物量加在一起占哺乳动物总生物量的96%，野生哺乳动物仅占4%。在鸟类世界，也是驯化种大大超过野生种：家禽生物量是野生鸟类生物量的近3倍。人类种植的农作物生物量也极其巨大。据2017年至今的统计数据，全球每年生产谷物毛重2.6吉吨，主要是小麦、水稻、大麦和玉米。

统计数据中的偏差

随着分析更加深入，米罗发现，这数百份研究报告暴露出来的一个问题：我们对生物量的估计都基于我们能够发现的样本数量，而不同生物的数量统计难度也是不同的。树木静止不动，便于统计数量：而大多数动物没有永久固定的栖息地，它们几乎一生都在为了食物和交配迁徙。要统计一个区域的陆生节肢动物、细菌、原生生物和病毒的数量，再大量的采样也是不够的，科学家基本上只能猜测个大概。

因此，研究所得出的数据存在不确定性。米羅分别估计了每个大类的不确定性，植物的实际生物量可能为研究结论的1.2倍，病毒的实际生物量可能是研究结论的20倍。对于实际总生物量，研究团队认为可能在研究结论的1.7倍以内。

人类虽然只占地球总生物量的0.01%，却大大影响了地球动植物的种类和规模。米罗认为，牲畜和野生动物在生物量上的天壤之别表明人类获取食物的方式也能影响地球物种构成。对地球上各个物种生物量的统计，也标志着人类对地球生命圈理解更加深入。

（责任编辑王川）

从太空测绘林冠

为什么卫星要向地球上的森林发射激光？其实，这是美国宇航局全球生态系统动态调查激光雷达（简称GEDI）在对地球植被做普查。通过记录激光从发射到返回的间隔和强度，科学家可以了解地面树木等植被的高度和密度，以及总林冠（树木离地树冠的总体）范围内叶片与枝条的垂直分布。这种调查方法能够建立关于森林的高精度三维模型。

森林不但为许多生物提供栖息地，也是重要的工业原材料来源地，更是地球碳循环的重要一环。砍伐森林、森林退化、林火和虫灾爆发大大增加了进入大气的二氧化碳量。因此，了解森林的长期生长规律有助于人们更好应对气候变化。GEDI是人类首个专门用于“森林碳内容”测绘的空间仪器，能直观地显示出森林的储碳总量，通过与其他卫星的数据进行比对，科学家能及时了解森林结构、森林功能，甚至是全球碳循环的变化。